海上油田速溶聚合物调驱体系室内实验研究

左清泉，孟祥海，陈士佳，张云宝，王成胜，王楠，吴晓燕

（1.海洋石油高效开发国家重点实验室，天津300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452；3.中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

海上油田速溶聚合物调驱体系室内实验研究

左清泉1，2，孟祥海3，陈士佳1，2，张云宝3，王成胜1，2，王楠3，吴晓燕1，2

（1.海洋石油高效开发国家重点实验室，天津300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452；3.中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

针对目前渤海油田传统调驱体系中聚合物溶解速度慢、调驱设备占用空间大的现状，优选出适合渤海Q油田的速溶聚合物调驱体系配方，并考察了速溶聚合物P03与有机铬交联剂GD的成胶性能、调驱体系的耐温抗盐性及长期稳定性。室内实验结果表明：速溶聚合物P03在溶解时间15 min时黏度释放达80%以上；当P03/GD=（800 mg/L～1 500 mg/L）/（600 mg/L～1 000 mg/L）时，速溶调驱体系具有良好的成胶性能和长期稳定性能；SEM扫描电镜测试表明，速溶调驱体系溶液中存在明显的三维网络聚集体结构。速溶调驱体系的研究有望解决传统聚合物溶解速度慢、占用空间大的不足，可以简化调驱设备，节省海上平台空间。

有机铬交联剂；速溶聚合物；弱凝胶

渤海油田多为陆相砂岩稠油油藏，油田地层疏松，大斜度井细分层系防砂较为困难，因此一般采用合采或分大段开发（一般分三至四段）。由于层系划分较粗，在开发过程中，注采矛盾逐步暴露，稳油控水工艺面临很大挑战。第一，渤海主力油田综合含水率达80%以上，整体进入中高含水阶段，而采出程度仅为10.86%，因此迫切需要有效的稳油控水技术以改善注水开发效果；第二，海上稠油产量占原油总产量的比例达44%，这些油田平均采出程度和采油速度均不高，实现稠油高速高效开发需要破解很多技术难题；因此高含水油田调剖、调驱作为先进的二次、三次采油技术已成为老油田注水开发后期的一项关键技术[1，2]。

近年来，在渤海SZ36-1、JZ9-3等油田相继开展各种调剖调驱作业，取得了较好的效果。传统调驱体系中的聚合物组分多为普通干粉聚合物类型，随着聚合物调驱技术在海上油田实验规模的逐渐扩大，一些问题开始逐渐显现并制约传统调驱应用规模和效果：（1）普通聚合物干粉溶解困难，与陆地油田相比较，海上平台空间狭小，难以通过增加熟化罐数量或容积来提高熟化效果，导致调驱设备占用较大的空间；（2）海上油田溶剂水矿化度高，增加了聚合物溶解难度即延长了溶解时间。如果聚合物干粉溶解效果不好，不仅会影响聚合物自身增黏性和驱油效果，而且会造成聚合物溶液注入压力虚高甚至造成注入困难。本文开展了适合渤海Q油田的速溶聚合物有机铬弱凝胶体系的室内实验，优化出具有良好成胶性能的调驱体系配方，为现场实施提供有用参考。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

1.1.1 主要试剂温度：63℃（见表1）；实验用水：渤海Q油田现场注水水样，矿化度为2 745.73 mg/L，离子组成（见表2）。

表1 速溶型部分水解聚丙烯酰胺（简称“速溶聚合物”）

表1 速溶型部分水解聚丙烯酰胺（简称“速溶聚合物”）（续表）

表2 注入水离子组成

1.1.2 主要仪器Brookfield DV-II型黏度计，美国Brookfield公司；JJ-4B六联电动搅拌器（苏州威尔公司）；电子分析天平，北京梅特勒-托利多仪器公司；电热恒温烘箱，德国Binder公司；Haaker RS-600流变仪，德国哈克公司；MERLIN compact扫描电镜，德国卡尔蔡司公司。1.2实验方法

1.2.1 速溶聚合物的溶解速度测试（1）用Q油田现场注入水样在45℃恒温水浴中溶解5 000 mg/L聚合物溶液，分别在溶解5 min，10 min，15 min，20 min，30 min，40 min，50 min，60 min时取样；（2）在63℃条件下，使用Brookfield DV-Ⅱ数字黏度计测定上述目标液黏度。

1.2.2 速溶聚合物的表观黏度测试

（1）用Q油田注入水在30℃条件下配制5 000 mg/L的速溶聚合物母液，搅拌1 h直至完全溶解，熟化2 h后分别稀释至500 mg/L、1 000 mg/L、1 250 mg/L、1 500 mg/L、1 750 mg/L、2 000 mg/L的目标液，待用；

（2）用Brookfield DV-Ⅱ数字黏度计在63℃下测试上述目标液黏度。

1.2.3 速溶聚合物的耐温性测试

（1）用Q油田注入水在30℃条件下配制5 000 mg/L的速溶聚合物母液，搅拌1 h直至完全溶解，熟化2 h后分别稀释至1 500 mg/L、2 000 mg/L的目标液，待用；

（2）用Brookfield DV-Ⅱ数字黏度计分别在45℃、55℃、65℃、75℃、85℃条件下测试上述目标液黏度。

1.2.4 速溶凝胶体系的成胶性能测试（1）用Q油田现场注入30℃条件下配制浓度为5 000 mg/L的聚合物母液（在室内放置12 h以上备用）；（2）用过滤后的现场注入水分别配制成不同聚交比的凝胶体系，其中稳定剂的浓度均为100 mg/L，将配制好的弱凝胶体系放入65℃恒温箱中；（3）用Brookfield DV-Ⅱ数字黏度计在63℃下测试上述目标液黏度。

1.2.5 速溶凝胶体系的剪切流变性测试（1）用过滤后的Q油田现场注入水分别配制成不同聚交比的凝胶体系，置于65℃恒温箱中老化备用；（2）在65℃下采用Haaker RS-600流变仪，Z41测量系统，剪切速率设定在0.01 s-1～100 s-1，测定时间为3 min。

1.2.6 SEM扫描电镜将待测样品稀释于蒸馏水中，真空冷冻干燥后采用德国蔡司公司MERLIN compact扫描电镜进行观察。

2 结果与讨论

2.1 速溶聚合物的性能评价

2.1.1 溶解速度在63℃条件下，使用Brookfield DV-Ⅱ数字黏度计测定在溶解5 min，10 min，15 min，20 min，30 min，40 min，50 min，60 min时聚合物溶液的表观黏度，实验结果（见图1）。

图1 聚合物的溶解速度曲线

首先利用观察法判定聚合物干粉的溶解情况，结果表明，5种聚合物在溶解时没有出现鱼眼，5 min后均有明显的爬杆现象，聚合物的溶解性能较好。

从图1中可以看出，聚合物溶液的表观黏度随着溶解时间的增大而增大，且在最初20 min内增加的幅度最大。P01、P02、P03、P04、P13五种聚合物在15 min内表观黏度均在最大黏度的80%以上。

2.1.2 增黏性能从图2可以看出，在Q油田条件下，随着聚合物浓度的增加，表观黏度呈增大趋势，1 500 mg/L聚合物目标液，5种聚合物的表观黏度均大于70 mPa·s，具有较好的增黏性能。

图2 速溶聚合物的黏浓关系曲线

2.1.3 耐温性能1 500 mg/L和2 000 mg/L的P01、P02、P03、P04和P13五种聚合物在不同温度时的表观黏度情况（见图3，图4），从图中可以看出，随着温度的升高，聚合物的表观黏度呈下降趋势，符合线性聚合物的温度影响规律。

图3 1500 mg/L聚合物的黏温关系曲线

图4 2000 mg/L聚合物的黏温关系曲线

2.2 速溶聚合物凝胶体系性能评价

2.2.1 速溶聚合物凝胶体系的成胶性能评价考察Q油田条件下，P03速溶聚合物与有机铬交联剂的成胶情况（见图5）。

从图5可以看出，交联剂浓度在200 mg/L～400 mg/L，聚合物浓度在600 mg/L～1 000 mg/L时，在63℃恒温箱内放置24 h，交联体系黏度在184 mPa·s～258 mPa·s，成胶强度较小，无法达到调驱要求；交联剂浓度在600 mg/L～1 000 mg/L，聚合物浓度在800mg/L～1 500 mg/L时，在63℃恒温箱内放置24 h，交联体系黏度在802 mPa·s～17 800 mPa·s具有很好的成胶性能。

图5 有机铬交联速溶聚合物在线调驱体系成胶性能

2.2.2 速溶凝胶体系的耐温性能评价不同聚交比的调驱体系放入63℃恒温箱内放置50 d，考察耐温性能（见表3）。

表3 不同温度下的交联体系成胶黏度（mPa·s）

由表3可以看出，随着温度的升高，聚合物的表观黏度呈下降趋势，符合线性聚合物的温度影响规律。交联体系在63℃恒温箱内放置50 d后，成胶黏度依然得到了较好的保持，85℃条件下放置50 d，黏度可以达到3 300 mPa·s，适用于目标油田的油藏开展调驱实验。

2.2.3 速溶凝胶体系的剪切流变性能从图6中曲线的变化趋势可以看出，随着剪切速率的增大，在线调驱体系的黏度呈下降趋势，表现出假塑性流体的剪切变稀行为。在相同剪切速率下，当交联剂浓度相同时，聚合物浓度越高，黏度越大；在相同剪切速率下，当聚合物浓度相同时，交联剂浓度越高，黏度越大。

图6 速溶在线调驱体系的剪切流变曲线（60天）

2.2.4 速溶凝胶体系的微观形貌1 200 mg/L速溶聚合物P03溶液及其有机铬凝胶体系的SEM微观照片（见图7（a）～（d）），从（a）和（b）图中可以观察到，速溶聚合物在形成凝胶前，呈现比较明显的线性结构，10.0 k放大照片还可以清晰看出，不同的聚合物分子链存在一定程度的缠绕，形成少量的网络结构；从（c）和（d）可以发现，形成凝胶体系以后，结构变得更加致密，并且形成许多致密的突节，从放大10.0 k的照片可以发现，聚合物凝胶体系在溶液中形成了大量致密的网络结构，这也是导致凝胶体系黏度增大，强度增加的重要原因。

图7 速溶聚合物凝胶体系的SEM图

3 结论

（1）速溶聚合物在15 min内，黏度释放达到80%以上，且具有良好的增黏性、耐温性等溶液性能。

（2）交联体系的速溶聚合物浓度范围在800 mg/L～1 500 mg/L，有机铬交联剂浓度范围在600 mg/L～1 000 mg/L时，在长时间内保持稳定，具有很好的热稳定性和耐温性能，符合现场要求。

（3）由SEM微观照片可以看出，速溶聚合物在形成凝胶体系前，呈现为线性结构；速溶凝胶体系形成大量致密的网络结构，导致凝胶体系黏度增大，强度增加。

［1］徐文江，丘宗杰，张凤久.海上采油工艺新技术与实践综述［J］.中国工程科学，2011，13（5）：52-57.

［2］陈月明，等.区块整体调剖的RE决策技术.97油田堵水技术论文集［C］.北京：石油工业出版社.

［3］汪庐山，段庆华，张小卫，等.有机铬交联聚合物驱油剂的研制及矿场应用［J］.油田化学，2000，17（1）：58-61.

［4］翁蕊，韦莉.低浓度HPAM/Cr3+凝胶成胶行为影响因素的研究［J］.油田化学，1999，16（1）：53-56.

［5］杨兆明.G18块弱凝胶调驱体系调驱效果的室内研究［D］.大庆：东北石油大学，2015.

The indoor experimental study of instant polymer displacement system in offshore oilfield

ZUO Qingquan1，2，MENG Xianghai3，CHEN Shijia1，2，ZHANG Yunbao3，WANG Chengsheng1，2，WANG Nan3，WU Xiaoyan1，2
（1.State Key Laboratory of Offshore Oil Efficient Development，Tianjin 300452，China；2.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300452，China；3.CNOOC Ltd.，Tianjin Oilfield Research Institute，Tianjin 300452，China）

Direct at slower polymer solution velocity of the traditional oil displacement system,the driving equipment taking up the larger space in Bohai oilfield,optimized instant polymer oil displacement system for Bohai Q oilfield.The article evaluated gelation property of instant HPAM（P03）/Cr3+（GD）gel and profile control system,viscosity at different temperature and viscosity at different time of instant polymer displacement system.The indoor experiment results showed that the ratio of released viscosity reached 80%when the polymer P03 dissolved in time more than 15 minutes.When the concentration of the polymer P03 was 800 mg/L～1 500 mg/L,the concentration of the crosslinking agent was 600 mg/L～1 000 mg/L,the instant displacement system had good gelation property and long-stableing.SEM test showed the instant displacement system solution obviously had three-dimensional network structure.The research of instant dispacement system was expected to solving slower speed of conventional polymer solution,bigger taking up the space,simplifying the driving equipment,saved space of offshore platform.

Cr3+polymer-gel；instant polymer；weak gel

TE357.46

A

1673-5285（2017）06-0133-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.029

2017-05-23

中海石油有限公司科研项目“渤海高含水油田在线调驱技术研究与应用”，项目编号：YXKY-2016-TJ-02；中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司科研项目“功能型活性高分子驱油体系研究”，项目编号：GCJSLZBG-1617。

左清泉（1985-），工程师，研究方向为提高采收率，邮箱：zuoqq@cnooc.com.cn。